I++ DME在三坐标测量机系统开发中的应用

摘要：

   三坐标测量机控制器和测量软件如何协同工作，是开发三坐标测量机系统的关键技术之一。1++ DME定义了一套尺寸测量设备的通用接口标准，是解决这一问题的有效途径。文中分析了1++ DME的技术背景、系统布局及通讯机制等，探讨了1++ DME在三坐标测量机系统开发中的应用方法。所提出的方法在实际的开发中得到了应用验证。

1 引言

   三坐标测量机（3 D Coordinate Measuring Machine，简称CMMD作为尺寸检测重要设备，广泛应用于制造业的各个领域。国内对于三坐标测量机的研究比较多，但对于其核心技术：自动控制系统和测量软件的研究，一直处于比较落后的状态。究其原因，一方面因为技术太复杂，另一方面，如何解决两者间的协作关系，成为了一个棘手的问题。如果你只开发两者中任一项，都必然涉及到与对方的烦琐技术交流和通力合作，即使两者都开发，也涉及到与其它公司机器的兼容问题。

   I++ DME（Inspection Plus Plus；Dimensional Measurement Equipment Interface）无疑是解决这一问题的有效途径，它是由1++工作组于2001年提出的针对尺寸测量设备的通用接口标准。该工作组主要由欧洲的汽车制造协会的巨头发起成立，目的是希望在测量软件和机器之间建立一套统一的标准，以解决公司内部众多尺寸测量设备的兼容问题。由于是由用户直接发起的，I++ DME得到了比较好的推广，目前已经发展到2.0版本，得到了包括大众，宝马，沃尔沃，雷尼绍，三丰，尼康，ZEISS，HEXAGON等行业重要公司的支持。

2 系统布局及通讯

I++ DME系统的物理布局主要包括两种：黑盒子式（Black Box DME Interface Physical Layout（见图1）、PC式（PC Based DME Interface Physical Layout）。它们都由客户端（Client，DME-Interface.

机器子系统组成。两者的主要区别就在于DME Interface的实现，DME-Interface是运行在基于PC或黑盒子硬件（控制器）上的软件。黑盒子式主要通过设计的电器盒来实现，不提供直接的用户的界面，具有可靠性高及成本优势等特点；PC式依靠计算机来实现，用户可利用键盘、显示器等直接交互，提供了低层用户接口让用户监控设备，更加灵活方便。

客户机和DME-Interface通过LAN连接起来，使用TCP/IP Sockets进行通讯。客户机运行测量程序（Client，执行测量任务，并根据接口标准规范，将指令发给DME-Interface（Server）。硬件再联结所有的子系统。DME-Interface控制所有的子系统（如测头、转头、手持盒、回转工作台等），执行所需的全部功能驱动机器。客户端和服务器端可以在不同的计算机上运行，也可以是在同一台计算机上。

系统的逻辑组成通常包括DME-Interface及子系统、测量程序、监视软件、诊断软件等。当硬件加电，开启DME-Interface后，将会创建4个TCP/P端口：测量程序端口、监视端口、诊断端口及信息端口。其中，最重要的测量程序端口，国际上统一规定端口号为1294，通过该口建立连接，即可以根据1++标准，实现测量软件与DME-Interface的通讯，再通过DME-Interface来实现对硬件系统的控制，执行测量任务。

I++DME定义了一套对象模型（Object Model，描述了代表测量设备部件的类、类相互之间的关系、对 象以及类的方法，并对事件处理机制、传输协议、指令的语法规则等作出了明确的规定。传输层按照传输协议，在服务器端和客户端传输ASCII字符串指令，完成系统的通讯，图2显示了传输层和对象模型关系。

以一个简单的查询为例来说明这一关系。在TCP/P Socket建立后，客户机如果需要查询当前机器的类型信息，则需要用到服务器端机器对象的操作方法：GetMachineClass 0，该方法可以返回机器的类型参数。客户机通过传输层，利用Socket，将该命令字符串按照规定的格式，发给服务器端，服务器端接收到后执行机器对象的处理方法，然后将获得的参数信息再传输回客户端，客户机获得机器类型参数，完成一次查询.

3 自动CMM系统的开发

为了保证UCC的推广，RENISHAW公司是I++的坚定支持者，该公司推出的UCC系列控制器完全符合I++ DME的标准。配套的UCCSERVER软件是控制器的接口软件，也就是我们所说的DME-Interface。这就意味着，我们的测量软件只需要按照I++标准，即可以通过UCCSERVER完成对UCC Lite的控制，实现自动测量功能。

具体做法是，首先建立端口联接，测量软件可以通过TCPIP Socket与UCCSERVER通讯；然后，根据1++定义的模型和方法，将测量软件的指令进行分解；根据1++定义的语法，客户端将分解指令发给UCCSERVER；UCCSERVER负责与控制器的通讯，控制测头、转头、手持盒等子系统，执行完成指令；同时，UCCSERVER也负责将相关的信息反馈给测量软件；最后测量软件根据反馈信息完成测量命令。

我们以自动测量一个圆特征为例，来阐述这一切是如何进行的。假设有圆1位于XY平面，中心坐标（0，0，0），直径 100，在建立与UCCSERVER的TCP/IP通讯联结后，测量软件根据圆的理论数据和测点数以及探测深度，进行分点计算，得出需要测量的3点的坐标及触测矢量方向（1,J,K），然后，测量软件发送测点命令给UCCSERVER，UCCSERVER把机器测量点的结果返回给测量软件。具体协同处理过程如下所示：

测量软件在接受到3个测量点后，进行拟合计算，最终得出圆的实际测量数据，完成了圆的自动测量任务。在整个过程中，UCCSERVER与控制器的通讯、机器的运动轨迹插补等问题，都是由下层内部完成，我们不需要关注。

I++ DME制订了一套完整的技术规范，定义了许多对象模型和操作方法、属性等。除了常规的功能外，还包括了扫描等其它内容，并且所有的功能还在不断的扩充和完善中。

4 结束语

由于担心1++ DME的推广会使产品无法突出自身优势，导致后续服务市场丢失等，一些大的坐标机厂家对于1++ DME的推广并不很热心，他们更热衷于发展自己独有的东西。因此，I++ DME的发展还有很长的路要走。

但是，I++ DME使得接口具有独立性，底层封装性强，易于使用。通过1++ DME，对于测量软件开发人员而言，可以将更多的精力放在软件的界面功能上，不用去考虑控制器内部的实现，降低了开发难度。对于控制器开发人员而言，有了明确的接口功能要求，避免了开发的盲目性，双方都减少了烦琐的交流。同时对于所有的开发人员来说，基本上不用考虑自己的产品与其它产品的兼容问题。因此，I++ DME的研究应用，对于我们国内自主创新、开发自己的测量系统，具有积极而重要的意义。

I++ DME 2.0 标准文档:

见附件